大气CO_2升高对大豆生理指标及产量影响的研究进展

在全球气候变化过程中,大气CO2浓度不断升高,已从工业革命前的270μmol·L-1升高到2013年的390μmol·L-1,预计到本世纪末将达到700μmol·L-1,CO2浓度的快速升高将对大豆生产产生重要影响。本文从光合速率、叶面积、叶绿素含量、共生固氮、内源激素、以及干物质积累和大豆产量等方面综述了大气CO2浓度升高产生的影响。大多数研究发现,随着大气CO2浓度升高,大豆光合速率随之升高,但少数研究发现,随大气CO2浓度升高,光合速率反而降低,这可能与植物对CO2浓度升高的光合适应反应有关;叶绿素含量随CO2浓度升高呈现增加趋势,但对一些夏大豆研究发现,叶绿素含量无明显变化;叶面积、共生固氮、干物质积累和产量也都对CO2升高产生不同程度的响应,但响应程度因CO2升高幅度、大豆品种、生育时期和其他试验条件而有所差异;有关于CO2升高对内源激素影响的研究报导较少。针对未来所需要开展的研究,我们提出与光合作用相关酶学生理、内源激素以及碳氮代谢角度对CO2影响大豆产量机制进行深入解析,而且在不同品种之间对CO2浓度升高的响应进行分析,明确品种之间是否存在差异。这将对未来大豆高产育种,提高大豆生长的环境适应性有重要的理论价值;并提出了今后的研究方向。     

施氮和大气CO2浓度升高对春小麦拔节期光合作用的影响

为明确高大气CO2浓度下小麦叶片光合作用的适应机制及氮素的调控作用,利用开顶式气室,通过盆栽试验,测定和分析了不同大气CO2浓度和施氮量下小麦拔节期叶片的光合参数、叶绿素含量等指标.结果表明,高大气CO2浓度(760 μmol·mol-1)处理的小麦叶片的叶绿素含量、光合速率(Pn)、气孔导度(G5)和蒸腾速率(Tr)均随着施氮水平的升高而升高,平均增幅分别为31.6%、69.6%和57.6%,而胞间CO2浓度(Ci)和水分利用效率(WUE)随施氮水平的升高而呈先下降后上升的趋势.高大气CO2浓度下小麦叶片Pn、Ci和WUE显著高于正常CO2浓度(400 μmol·mol-1)处理,平均增幅分别为36.8%、74.O%和102.7%.在400 μmol·mol-1 CO2浓度下测定时,与正常大气CO2浓度下生长的小麦相比,高大气CO2浓度下生长的小麦拔节期叶片Pn在高施氮水平(0.2 g N·kg-1土)下未发生下调,而在低、中施氮水平(0和0.1 g N·kg-1土)下叶片Pn明显降低.因此,高大气CO2浓度下施氮可显著提高小麦叶片的Pn和WUE,且充分供氮可使叶片不发生光合适应现象,这可能与较高的施氮水平提高了高大气CO2浓度下小麦叶片的叶绿素含量有关.     

CO2浓度升高条件下水稻蒸腾与N吸收的关系

利用FACE（Free Air Carbon Dioxide Enrichment）平台技术,用水培试验研究了低氮（14 mg/L）和高氮（28 mg/L）水平下,大气CO2浓度升高条件下水稻蒸腾与N吸收速率的相关关系。结果表明,在CO2浓度升高条件下,水稻生物量增加了36%（低N）和29%（高N）;总吸N量也增加达7%（低N） 和5%（高N）;而总蒸腾量减少28%（低N）和10%（高N）。由于促进更多分蘖的发生,高CO2浓度使分蘖期水稻平均N吸收速率提高了31%～156%（低N）和19%～87%（高N）,在其他时期无明显影响;而高CO2浓度对水稻平均蒸腾速率的影响主要表现在抽穗到灌浆末期。在对照条件下,平均蒸腾速率和平均N吸收速率呈显著正相关;但在CO2浓度升高条件下,两者相关关系不显著。说明人们所推测的“蒸腾效应”——高CO2浓度条件下降低了的蒸腾作用并非影响水稻N吸收的关键因素。     

聚乙二醇模拟干旱对耐低钾水稻幼苗光合特性的影响

以早籼品种瑰宝8号及其变异后代耐低钾水稻为材料,用20%PEG6000模拟干旱,对幼苗光合特性进行了研究,并对测定指标进行相关性分析。模拟干旱胁迫下,耐低钾水稻幼苗具有相对较高的钾含量、钾素利用效率、生物量、水势、光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度。相关分析表明,水稻幼苗钾含量和钾素利用效率与生物量、光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和水势呈显著正相关。     

施氮量对开花期超高产小麦旗叶CO2响应曲线的影响

为给未来大气CO2浓度升高条件下超高产小麦的氮肥管理提供技术支撑,在大田条件下利用LI-6400便携式光合作用测定仪,采用开放式气路测定了不同CO2浓度下小麦旗叶的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞问CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)等相关指标,分析了施氮量对开花期起高产小麦旗叶CO2响应曲线的影响.结果表明,氮素对开花期超高产小麦旗叶的CO2响应有较大的调节作用,随着外界CO2农度的升高,小麦旗叶的先合参数Pn、WUE,逐渐上升并在800 μmol CO2·mol-1左右趋于稳定.但施氮量在375kg/ha条件下Pn、WUE反而较施氮量为300 kg/ha的降低.说明在合理的施氮范围内,施氮和提高外界CO2浓度能通过增强小麦旗叶对胞间CO2的利用能力来提高光舍速率、降低蒸腾速率、提高水分利用效率,从而改善旗叶的光合性能.     

大气CO2浓度升高对茶树光合生理特性的影响

通过对不同大气CO2浓度水平下的茶树观测试验,研究了大气CO2增长对茶树新梢叶片净光合速率、蒸腾气孔导度、水分利用效率、叶绿素含量和营养元素含量等光合生理特性的影响。结果表明,在大气CO2浓度为550、750μmol·mol-1时,比正常大气CO2水平下茶树叶片日平均净光合速率提高17.9%和25.8%,并缓解和消除了光合午休现象;茶树叶片气孔导度降低7.6%和13.0%,蒸腾速度稍有下降,水分利用效率提高21.6%和35.8%;同时使茶树新梢叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量分别提高12.8%～18.4%、14.0%～22.0%、13.1%～19.4%和17.2%～20.1%,但叶绿素a与叶绿素b的比值有所降低。大气CO2浓度的升高使新梢营养元素N、K、Ca含量有不同程度降低,而Mg、Fe、Zn、Mn、Cu含量有所增加。     

KHCO3和NaHSO3对大豆幼苗光合速率的影响

大气中CO2浓度低是C3植物光合作用的主要限制因子,也是阻碍作物产量进一步提高的原因之一.针对目前还难以控制田间CO2浓度的问题,采用在大豆幼苗叶片上喷施碳酸氢钾(KHCO3)的方法,同时用亚硫酸氢钠(NaHSO3)适当的抑制大豆的光呼吸,来提高CO2浓度进而提高光合速率.目的是找到KHCO3和NaHSO3促进大豆幼苗光合速率的最佳浓度.结果表明:KHCO3中的HCO3-可以作为碳源补充空气中CO2的不足,1 500 mg·L-1KHCO3对大豆幼苗的光合速率有显著的促进作用,其作用可持续7 d左右.650 mg·L-1NaHSO3也可显著的提高大豆幼苗的光合速率,其作用也可持续7 d左右.     

CO2浓度升高对春小麦光合作用和籽粒产量的影响

为给在大气CO2浓度升高条件下农作物栽培和农业可持续发展的科学管理决策提供依据,利用开顶式气室(OTC)研究了大气CO2浓度升高对春小麦辽春15生长发育过程中净光合速率、田间气体交换特性、光合酶活性等光合生理生态指标的变化规律以及对籽粒产量的影响.结果表明,CO2浓度增加到550 μmol·mol-1条件下,小麦叶片Pn升高,在孕穗期、灌浆期增幅达到显著水平(P＜0.05);叶片Ci提高,在灌浆期Ci增加达到极显著的水平(P＜0.01);而小麦叶片Gs、Tr呈下降趋势,均在灌浆期与CK差异显著(P＜0.05);各生育时期小麦叶片Hill反应活力都增强,孕穗期升高达到显著水平(P＜0.05);叶绿体Ca2 /Mg2 -ATPase活性均高于对照,但未达到显著水平.高CO2浓度使得小麦生物量积累有所增加,在拔节期、孕穗期小麦植株干重极显著增加(P＜0.01);提高了小麦籽粒产量,表现为穗粒重极显著增加(P＜0.01).在光合作用的整个过程中CO2浓度升高都起到了促进作用,并且最终表现在植株生物量和籽粒产量上.     

氮肥水平对限制灌溉下冬小麦旗叶光合性能及产量的影响

为了解氮素营养供应与小麦节水效果的关系,以周麦22为材料,采取大田试验研究了不同氮肥水平对限制灌条件下冬小麦旗叶光合性能及产量的影响。结果发现,与正常灌水相比,限制灌溉降低了小麦旗叶叶绿素含量、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率,提高了小麦旗叶胞间CO2浓度;限制灌溉条件下,与不施氮肥相比,增施氮肥能明显改善小麦旗叶光合性能。从产量来看,充分灌水有利于小麦产量提高,而限制灌溉条件下,灌水时期提前或增施氮肥能不同程度提高小麦产量。以上结果说明,增施一定量的氮肥能明显改善限制灌溉条件下冬小麦花后旗叶光合性能,提高小麦产量和水分利用效率。     

局部根系水分胁迫下不同形态氮素营养对水稻幼苗生长的影响

为区分水稻根系与地上部对水分胁迫的生理响应,采用分根营养液培养及聚乙二醇（PEG6000）模拟水分胁迫的方法,研究了局部根系在水分胁迫下不同形态氮素营养(NH4+、NO3- 、NH4+与NO3-等体积混合) 对水稻幼苗水分与氮素吸收利用的影响。结果表明： 1）全根水分胁迫显著抑制了单供NO3- N营养条件下水稻的生长,而对单供NH4+ N营养条件下水稻生长的影响较小。局部根系水分胁迫对3种供氮形态营养下水稻总生物量没有明显影响,但对单供NO3- N营养水稻根系的生物量、根系总长、根体积、平均直径以及根表面积的影响最大,均以未受水分胁迫的一侧根系生物量明显高于另一侧（受水分胁迫）。2）水分胁迫促进根系对NO3- N的消耗。3）全根水分胁迫严重抑制了单供NO3- N营养水稻的光合速率,但对单供NH4+ N营养水稻的影响较小。不论局部根系水分胁迫还是全根水分胁迫对3种供氮形态的生理水分利用率均无显著影响。4）全根水分胁迫显著降低了单供NO3- N营养水稻的光合氮素利用率。     

氮水平对水稻汕优64和金南风光合特性的影响

 以缺氮、低氮、中氮、高氮、超高氮盆栽土培的汕优64和金南风为材料，测定植株和叶片的生长状况、叶片总N含量、光合速率、光呼吸速率、气孔导度和叶肉导度的变化。结果表明，供试两品种随着施N量的增加，植株的分蘖数增多,株高增加,气孔密度减少, 叶片总N含量、叶绿素含量、光呼吸速率、叶肉导度等均增加。供试两品种的净光合速率变化存在差异，金南风叶片的净光合速率随着施N量的增加而增加,但汕优64在高氮和超高氮的条件下净光合速率反而下降,说明在高氮和超高氮的条件下光氧化环增加的幅度大于光合还原环。     

直播稻氮素营养特性及合理施氮方法

重点对直播稻的氮素营养特性及合理施氮方法进行了阐述,详细介绍了直播稻氮素吸收特征及其氮素吸收利用影响因子的研究进展,并综述了直播稻合理施氮方法的研究概况,最后提出了农业规模化经营方式下直播稻氮肥施用技术研究的重点方向。     

硅氮配施对水稻光合特性、叶绿素荧光及产量的影响

为探明氮肥和硅肥用量对水稻光合作用及叶绿素荧光参数的调控效应,及氮硅配施调控水稻光合作用的内在生理基础。以超级稻品种广两优476为供试材料,采用2个氮肥水平、3个硅肥水平的大田试验,研究氮硅互作对水稻光合及荧光特性的影响。结果表明,增施氮肥和硅肥均能提高水稻叶片叶绿素含量,低氮水平下高硅肥处理光合作用最强,高氮水平下中硅肥处理光合作用最强,适当增施氮肥有利于水稻叶片降低非辐射能量耗散,将更多的吸收光能用于光化学反应,低氮水平下增施硅肥能有效改善叶绿素荧光参数指标,提高水稻叶片光合性能,但在高氮条件下,随着硅肥用量的增加,初始荧光（F0）、非光化学淬灭系数（NPQ）表现为先减后增,而PSⅡ潜在活性（Fv/F0）、实际光化学效率（ΦPSⅡ）表现为先增后减,表明硅肥过量会导致水稻光化学效率下降。硅氮互作对水稻光合生理指标影响显著,低氮水平下增施硅肥能有效改善水稻叶片光合性能,高氮水平下适宜的硅肥用量为37.5 kg/hm2,此时水稻叶片光能利用效率最高,利于光合产物的形成和积累,可为高产打下良好的基础。     

硅氮互作改善优质稻植株生理生态特性

本研究以2个水稻品种‘桂农占’和‘黄华占’为供试材料,设置3个氮水平（120、180、240 kg/hm ²分别表示为低氮、中氮和高氮）,3个硅水平（0、225、450 kg/hm ²分别表示为低硅、中硅和高硅）,交叉互作,研究硅氮互作对水稻植株形态、物质积累、光合作用及碳氮代谢的影响。结果表明：硅氮互作有助于增加水稻的穗数、株高及生物量。中氮或中硅浓度能显著提高水稻叶片的光合作用,以‘桂农占’效果更为明显,光合速率分别提高了19.21%和8.75%。在不同氮水平下,施用中等浓度硅可以提高‘桂农占’和‘黄华占’叶片的硝酸还原酶活性,分别比低硅处理增加46.82%和85.43%;在成熟期低氮水平下,2个水稻品种硝酸还原酶活性随硅浓度的增加而增加。对于叶片蔗糖转化酶活性,2个水稻品种均为抽穗期>分蘖期>成熟期,且各处理下,‘黄华占’蔗糖转化酶活性基本大于‘桂农占’。总体上来讲,低氮高硅,中氮中硅的硅氮配比组合,有助于促进水稻生长发育和物质代谢。     

纳米镁对水稻产量形成和氮素吸收利用的影响

[目的]探明纳米镁和离子镁对水稻产量、产量形成和氮素吸收利用的影响.[方法]以南粳9108为试验对象,设置了3个氮水平(0、180、270 kg/hm2)下不施镁肥和施用纳米镁或离子镁的盆栽试验.[结果]相同氮肥施用水平下,施用纳米镁和离子镁处理的水稻籽粒产量较不施镁处理均有所提高,且施用纳米镁处理的籽粒产量均高于施用...     

Relation of Root Growth of Rice Seedling with Nutrition and Water Use Efficiency Under Different Water Supply Conditions

The arid/semiarid regions contribute the forty- three percent of crop planted each year. In these regions, rice is mostly grown under rainfed conditions, where the chances plants to face drought are during the growing season. The primary determinant of cr…     

氮素穗肥运筹对两个杂交中籼稻叶片形态、光合生产及产量的影响

【目的】为探究氮素穗肥不同促花肥和保花肥比例对水稻光合生产和产量的影响,并为水稻氮素穗肥管理提供依据,【方法】以株型和产量均存在较大差异的2个杂交中稻品种(德香4103和宜香3724)为材料,在常规施氮量(180 kg/hm2)下,研究了占总氮40%的穗肥不同促花肥和保花肥运筹比例(1∶3,2∶2,3∶1,4∶0)对水稻叶片生长、形态、光合生产及产量的影响。【结果】2个水稻品种均在低促花肥、高保花肥时(1∶3)表现出叶片直立、受光形态好,净光合速率高和群体干物质积累量大的特点,并最终获得较高产量;而在高促花肥、低保花肥下,2个水稻品种的剑叶、倒2叶叶面积和叶角增大,披垂度增加,群体质量变差,结实率和粒重下降,产量降低。德香4103因其颖花量较大,上3叶叶面积和总叶面积相对适宜,粒叶比高,且在不同穗肥运筹下叶面积和叶角变幅较小,因而受光姿态和群体质量更优,干物质积累量更大,产量更高。【结论】水稻氮素穗肥运筹应塑造良好叶片形态和群体质量,并增加花后物质积累量才能有助于产量提高;并对水稻株叶型选育进行了探讨。     

控释氮肥调控水稻光合功能和叶片衰老的生理基础

 以杂交水稻组合八两优100和威优46为试验材料，探讨了控释氮肥对水稻光合功能衰退和叶片衰老的调控机制。结果表明，控释氮肥对延缓早、晚稻功能叶的衰老和延长叶片的光合功能期均具有明显的效应。与施用尿素的处理相比，施用控释氮肥后，早、晚稻生育中、后期功能叶中的叶绿素含量得到显著的提高，且与尿素间的差异随着水稻生育进程而增大。不同时期控释氮肥处理功能叶的净光合速率也均显著地高于尿素处理。此外，施用控释氮肥能显著地提高生育中、后期功能叶中的SOD、POD等活性氧清除酶的活性，降低功能叶中的丙二醛含量。施用控释氮肥对功能叶中的IAA、ABA含量具有明显的调控效果，早、晚稻各时期控释氮肥处理的IAA含量均显著地高于尿素处理，而ABA含量显著地低于尿素处理。由于控释氮肥对水稻的上述调控机理，因而，在水稻上施用控释氮肥可以明显提高水稻产量。     

氮肥对水稻胚乳淀粉品质、相关酶活性及基因表达量的影响

【目的】旨在为阐明灌浆成熟期氮素营养对水稻淀粉品质影响机理以及建立优质高产水稻栽培技术提供理论依据。【方法】选用4个籽粒直链淀粉含量差异显著的粳稻品种,通过盆栽试验研究氮素营养对稻米淀粉组分和蛋白质含量及稻米蛋白质水解对淀粉黏滞特性的影响,并分析氮素营养对灌浆过程中籽粒蔗糖合酶(SuSy)、蔗糖磷酸合酶(SPS)、蔗糖酸性转化酶(AI)活性及OsGBSSⅠ、OsISAⅠ、OsSBEⅠ、OsSBEⅡ基因转录表达量的影响。【结果】结果表明,籽粒支链淀粉含量对氮素营养很敏感,灌浆成熟期氮素营养能改变籽粒淀粉组分含量;施氮条件下,高直链淀粉含量品种蒸煮食味品质下降更加明显,去除稻米蛋白质可明显提高稻米黏滞特性,蛋白质对淀粉黏滞特性的影响很大;增加灌浆成熟期氮素营养能显著或极显著提高籽粒SuSy和AI活性,显著抑制籽粒SPS活性;灌浆成熟期氮素营养能改变灌浆不同时期籽粒OsGBSSⅠ、OsISAⅠ和OsSBEⅡ基因转录表达量,以致灌浆过程中这些基因的转录表达量变化动态发生改变,但OsSBEⅠ基因转录表达量不因氮素营养而发生改变;受氮素营养的影响,灌浆起始期籽粒OsGBSSⅠ基因表达量明显上调,而灌浆中后期明显下调;氮素营养明显抑制灌浆成熟期籽粒OsISAⅠ基因和灌浆中后期的OsSBEⅠ基因转录表达,显著提高灌浆前期和中期的籽粒OsSBEⅠ基因转录表达量;氮素营养能抑制灌浆起始期籽粒OsSBEⅡ基因的转录表达,而提高灌浆中后期的基因转录表达。【结论】灌浆成熟期氮素营养除了通过蛋白质含量对淀粉品质产生影响外,还通过调控淀粉合成相关的酶活性和基因表达量等生理环节对淀粉含量和精细结构起作用,最终改变稻米黏滞特性和食味品质。     

适雨灌溉下氮肥运筹对水稻光合特性、氮素吸收及产量形成的影响

【目的】为合理利用水稻生长期间的降雨,改善江汉平原地区稻田氮肥管理。【方法】采用田间小区试验,研究了常规淹灌(FI)和适雨灌溉(RAI)条件下,农民习惯施肥(FFP)、30%尿素+70%控释掺混肥(30%N+70%CRF)和优化减氮施肥(OPT-N)对降雨利用率、水稻产量、光合特性、干物质积累及氮吸收利用的影响。【结果】1)RAI能在节省水资源同时提升稻田对雨水的储蓄和利用能力,与FI相比可减少田间灌溉水量41.7%,各生育阶段水稻叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)和蒸腾速率(T_r)、干物质积累、氮素吸收以及产量均有不同程度的增加;2)两种水管理方式下,与FFP处理相比,OPT-N处理水稻在分蘖期的P_n、G_s、C_i、T_r、干物质积累和氮素吸收显著降低,但在孕穗期-灌浆期有所增加,对最终产量形成影响不大;RAI结合30%N+70%CRF处理有利于水稻生育前期P_n、G_s、C_i、T_r的增加,提升生育中后期干物质积累量,氮素吸收量在分蘖期显著高于OPT-N和FFP,在齐穗期和成熟期显著高于FFP,有效穗数、穗长、千粒质量和结实率在各处理间表现最高,实际产量相较常规水肥管理可增产10.4%。【结论】适雨灌溉条件下,OPT-N不会显著影响水稻的生长及产量,30%N+70%CRF有助于水稻光合作用、氮素吸收及产量的增加。